RZECZPOSPOLITA POLSKA (12)OPIS PATENTOWY (19) PL (11)164526 (13)B1 (21) Numer zgłoszenia: 287043 Urząd Patentowy (22) Data zgłoszenia: 24.09.1990 Rzeczypospolitej Polskiej (51) IntCl5: G01R 31/34 (54) Próbnik udarowy do badania izolacji międzyzwojowej cewek maszyn elektrycznych (73) Uprawniony z patentu: (43) Zgłoszenie ogłoszono: ABB Dolmel Ltd. - Spółka z o.o., 06.04.1992 BUP 07/92 Wrocław, PL (72) Twórcy wynalazku: (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: Ryszard Sroka, Wrocław, PL 31.08.1994 WUP 08/94 Roman Skrzypczak, Wrocław, PL Andrzej Ustaborowicz, Wrocław, PL PL 164526 B1 (57) 1. Próbnik udarowy do badania izolacji międzyzwojowej cewek maszyn elektrycznych zawierający w swym układzie autotransform ator, z którego poprzez dławik jest zasilany transformator wysokiego napięcia, którego uzwojenie jest połączone z wysokonapięciowym kondensatorem poprzez wysokonapięciowy prostownik i dławiki ochronne, przy czym uzwojenie wtórne tran s- formatora wysokiego napięcia, wysokonapięciowy prosto w n ik. dław iki o ch ro n n e i w ysokonapięciow e kondensatory stanowią układ prostowniczy podwajacza napięcia, znamienny tym, że obrotowe ramię ślizgacza (2) autotransform atora (1) jest połączone mechanicznie za pośrednictwem zespołu synchronizującego (8) z kulą ruchom ą (9) wysokonapięciowego iskiernika sterowanego (10), którego wydrążona kula nieruchoma, zawierają ca is k iern ik pomocniczy (11) je s t połączona przewodem z wysokonapięciowym zaciskiem zewnętrznym (13), zaś uzwojenie pierwotne sondy wewnętrznej (14) przyłączone z jednej strony do bieguna wysokonapięciowego kondensatora (5) jest podłączone do drugiego wysokonapięciowego zacisku zewnętrznego (13), a sonda wewnętrzna (14) zasila rezonansowy układ wykrywania zwarć (16). FI6.1
Próbnik udarowy do badania izolacji międzyzwojowej cewek maszyn elektrycznych Zastrzeżenia patentowe 1. Próbnik udarowy do badania izolacji międzyzwojowej cewek maszyn elektrycznych zawierający w swym układzie autotransformator, z którego poprzez dławik jest zasilany transformator wysokiego napięcia, którego uzwojenie jest połączone z wysokonapięciowym kondensatorem poprzez wysokonapięciowy prostownik i dławiki ochronne, przy czym uzwojenie wtórne transformatora wysokiego napięcia, wysokonapięciowy prostownik, dławiki ochronne i wysokonapięciowe kondensatory stanowią układ prostowniczy podwajacza napięcia, znamien ny tym, że obrotowe ramię ślizgacza (2) autotransformatora (1) jest połączone mechanicznie za pośrednictwem zespołu synchronizującego (8) z kulą ruchomą (9) wysokonapięciowego iskiernika sterowanego (10), którego wydrążona kula nieruchoma, zawierająca iskiernik pomocniczy (11) jest połączona przewodem z wysokonapięciowym zaciskiem zewnętrznym (13), zaś uzwojenie pierwotne sondy wewnętrznej (14) przyłączone z jednej strony do bieguna wysokonapięciowego kondensatora (5) jest podłączone do drugiego wysokonapięciowego zacisku zewnętrznego (13), a sonda wewnętrzna (14) zasila rezonansowy układ wykrywania zwarć (16). 2. Próbnik według zastrz. 1, znamienny tym, że zespół synchronizujący (8) jest wyposażony w przekładnię ślimakową, której ślimak (21) jest sprzęgnięty osiowo ze śrubą pociągową (22), zaś nakrętka (24) śruby pociągowej (22) jest połączona poprzez izolator (25) mechanicznie z kulą ruchomą (9) wysokonapięciowego iskiernika sterowanego (10), przy czym trzpień (26), stanowiący przedłużenie osi ślimaka (21) ma na swojej wolnej końcówce nasadzone pokrętło (27), którego obrót powoduje równocześnie przesunięcie kątowe obrotowego ramienia ślizgacza (2) autotransformatora (1) i przesunięcie liniowe kuli ruchomej (9) wysokonapięciowego iskiernika sterowanego (10). 3. Próbnik według zastrz. 1, znamienny tym, że rezonansowy układ wykrywania zwarć (16) składa się z uzwojenia wtórnego sondy wewnętrznej (14) spełniającego wraz z kondensatorami strojeniowymi (17) rolę obwodu rezonansowego, zaś napięcie rezonansowe mierzy mili amperomierz (18) połączony równolegle z kondensatorem (19) ładowanym z obwodu rezonansowego do napięcia szczytowego poprzez diodę prostowniczą (20). * * * Przedmiotem wynalazku jest próbnik udarowy do badania izolacji międzyzwojowej cewek maszyn elektrycznych, zwłaszcza maszyn wysokiego napięcia, przeznaczony do badania wytrzymałości dielektrycznej i sprawdzania zarówno cewek wymontowanych, jak i zabudowanych w wirnikach i stojanach maszyn elektrycznych. Znany jest próbnik udarowy do badania izolacji międzyzwojowej cewek zawierający autotransformator zasilający transformator wysokiego napięcia, którego uzwojenie wtórne poprzez prostownik ładuje kondensator. Zastosowany w układzie miernik napięcia, zasilany z dzielnika napięcia, mierzy napięcie na kondensatorze. Iskiernik sterowany podaje wysokie napięcie na badaną cewkę. Uzwojenie sondy zewnętrznej próbnika oraz kondensator zmienny stanowią rezonansowy obwód wykrywania zwarć, dostrajany do rezonansu przy pomocy kondensatora. W przypadku zaistnienia zwarcia międzyzwojowego badanej cewki, wartość prądu mierzona mili amperomierzem maleje, w wyniku zastosowania układu rezonansowego, do 20% wartości maksymalnej. Znane jest również inne urządzenie do badania izolacji zwojowej cewek silników wysokiego napięcia, w którym z autotransformatora zasilany jest transformator wysokiego napięcia. Z jego uzwojenia wtórnego poprzez prostownik zasilane są odpowiednie kondensatory, których napięcie mierzy kilo woltomierz. Kondensatory te są naładowane do napię-
164 526 3 cia maksymalnego. W ujemnej połówce sinusoidy napięcia, gdy kondensatory nie są naładowane, następuje zmiana pozycji przełącznika. W tym momencie z jednego z kondensatorów podawane jest wysokie napięcie na badaną cewkę. Następuje udar napięciowy, powstają drgania gasnące napięcia i prądu wysokiej częstotliwości. Kondensator zmienny oraz uzwojenie wtórne transformatora stanowią obwód rezonansowy wykrywania zwarć, który do rezonansu jest dostrajany za pomocą drugiego z kondensatorów, wówczas mikro amperomierz wskazuje największą wartość prądu. W przypadku zwarcia międzyzwojowego badanej cewki wartość prądu mikro amperomierza maleje do około 20% wartości maksymalnej. Znany jest również próbnik udarowy do badania izolacji międzyzwojowej cewek maszyn elektrycznych zawierający w swym układzie autotransformator, z którego poprzez dławik jest zasilany transformator wysokiego napięcia, którego uzwojenie jest połączone z wysokonapięciowym kondensatorem poprzez wysokonapięciowy prostownik i dławiki ochronne, przy czym uzwojenie wtórne transformatora wysokiego napięcia, wysokonapięciowy prostownik, dławiki ochronne i wysokonapięciowe kondensatory stanowią układ prostowniczy podwajacza napięcia. Próbnik udarowy do badania izolacji cewek według wynalazku posiada obrotowe ramię ślizgacza połączone mechanicznie za pośrednictwem zespołu synchronizującego z kulą ruchomą wysokonapięciowego iskiernika sterowanego, którego wydrążona kula nieruchoma, zaopatrzona w iskir n ik pomocniczy jest połączona przewodem z wysokonapięciowym zaciskiem zewnętrznym. Uzwojenie pierwotne sondy wewnętrznej, połączone z jednej strony z biegunem wysokonapięciowego kondensatora jest podłączone do drugiego wysokonapięciowego zacisku zewnętrznego, a sonda wewnętrzna zasila rezonansowy układ wykrywania zwarć. Zespół synchronizujący próbnika jest wyposażony w przekładnię ślimakową, której ślimak jest osiowo sprzęgnięty ze śrubą pociągową. Nakrętka śruby pociągowej jest poprzez izolator połączona mechanicznie z kulą ruchomą wysokonapięciowego iskiernika sterowanego, a trzpień, będący przedłużeniem osi ślimaka ma na swojej końcówce nasadzone pokrętło, którego obrót powoduje jednocześnie przesunięcie kątowe obrotowego ramienia ślizgacza i przesunięcie liniowe kuli ruchomej wysokonapięciowego iskiernika sterowanego. Rezonansowy układ wykrywania zwarć składa się z uzwojenia wtórnego sondy wewnętrznej, pełniącego razem z kondensatorami strojeniowymi rolę obwodu rezonansowego. Napięcie rezonansowe mierzy mili amperomierz połączony równolegle z kondensatorem, który poprzez diodę prostowniczą jest ładowany z obwodu rezonansowego do napięcia szczytowego. Korzystne skutki zastosowania próbnika to uproszczenie obsługi, zwiększenie niezawodności eksploatacyjnej, znaczne zwiększenie operatywności i szybkości prowadzenia pomiarów. Przedmiot wynalazku uwidoczniono na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat ideowy próbnika udarowego do badania izolacji, fig. 2 - połączenie konstrukcyjne zespołu synchronizującego z wysokonapięciowym iskiernikiem sterowanym, a fig. 3 - schemat ideowy rezonansowego układu wykrywania zwarć z sondą wewnętrzną. Będący przedmiotem wynalazku próbnik udarowy do badania izolacji międzyzwojowej cewek maszyn elektrycznych zawiera w swym układzie autotransformator 1 posiadający ramię obrotowe ślizgacza 2, z którego przewodowo poprzez dławik 3 jest zasilany transformator wysokiego napięcia 4. Uzwojenie wysokiego napięcia transformatora 4 jest połączone z wysokonapięciowym kondensatorem 5 poprzez wysokonapięciowy prostownik 6 i dławiki ochronne 7. Uzwojenie wtórne transformatora wysokiego napięcia 4, wysokonapięciowy prostownik 6, dławiki ochronne 7 i wysokonapięciowe kondensatory 5, stanowią układ prostowniczy podwajacza napięcia. Ramię obrotowe ślizgacza 2 jest połączone mechanicznie za pośrednictwem zespołu synchronizującego 8 z kulą ruchomą 9 wysokonapięciowego iskiernika sterowanego 10, którego wydrążona kula nieruchoma zawierająca iskiemik pomocniczy 11 jest połączona przewodem poprzez izolator przepustowy 12 z wysokonapięciowym zaciskiem zewnętrznym 13. Uzwojenie pierwotne sondy wewnętrznej 14 połączone z jednej strony z biegunem wysokonapięciowego kondensatora 5 poprzez drugi izolator przepustowy 12 jest przyłączone
4 164 526 do drugiego wysokonapięciowego zacisku zewnętrznego 13. Między tymi zaciskami podłącza się cewkę badaną 15. Sonda wewnętrzna 14 zasila rezonansowy układ wykrywania zwarć 16 składający się z uzwojenia wtórnego sondy wewnętrznej 14 spełniającego wraz z kondensatorami strojeniowymi 17 rolę obwodu rezonansowego. Napięcie rezonansowe mierzy mili amperomierz 18 połączony równolegle z kondensatorem 19, ładowanym z obwodu rezonansowego do napięcia szczytowego poprzez diodę prostowniczą 20. Zespół synchronizujący 8 jest wyposażony w przekładnię ślimakową, której ślimak 21 jest sprzęgnięty w osi ze śrubą pociągową 22. Jeden obrót ślimaka 21 powoduje 1/50 obrotu ślimacznicy 23, co wyraża się przesunięciem kątowym obrotowego ramienia ślizgacza 2 o kąt 360 /50, to jest o 7,2, a na wysokonapięciowym iskierniku sterowanym 10 daje przyrost napięcia 1125 V. Nakrętka 24 śruby pociągowej 22 jest połączona poprzez izolator 25 z kulą ruchomą 9 wysokonapięciowego iskiernika sterowanego 10. Wyprowadzony na zewnątrz, stanowiący przedłużenie osi ślimaka 21 trzpień 26 ma na swojej wolnej końcówce nasadzone pokrętło 27, którego jeden obrót powoduje równocześnie przesunięcie kątowe obrotowego ramienia ślizgacza 2 autotransformatora 1 o 7,2 i przesunięcie liniowe kuli ruchomej 9 wysokonapięciowego iskiernika sterowanego 10 o 0,75 mm. Autotransformator 1 zasila poprzez dławik 3 uzwojenie pierwotne transformatora wysokiego napięcia 4, którego uzwojenie wtórne, poprzez zespół wysokonapięciowych prostowników 6 i dławików ochronnych 7 ładuje wysokonapięciowe kondensatory 5 do napięcia dwukrotnie większego niż panujące na zaciskach wtórnych transformatora wysokiego napięcia 4. Energia naładowanych transformatorów rozładowuje się w cewce badanej 15 poprzez wysokonapięciowy iskiemik sterowany 10 co 40 ms, co odpowiada częstotliwości udarów równej 25 Hz. Powstają przy tym tłumione drgania napięcia i prądu wysokiej częstotliwości, na przykład rzędu 50 do 100 khz. Amplituda drgań maleje wykładniczo i praktycznie po kilkuset mikrosekundach zanika. Napięcie na cewce badanej 15 jest w przybliżeniu równe napięciu wysokonapięciowego kondensatora 5. Regulując autotransformatorem 1 napięcie probiercze, jednocześnie reguluje się odległość kul wysokonapięciowego iskiernika sterowanego 10. Przesunięcie kątowe obrotowego ramienia ślizgacza 2 autotransformatora 1 reguluje napięcie od 0 do 250 V, zasilające uzwojenie pierwotne transformatora wysokiego napięcia 4. To wysokie napięcie jest prostowane przez wysokonapięciowy prostownik 6 w układzie podwajacza napięcia i ładuje wysokonapięciowe kondensatory 5, których energia jest wyzwalana za pomocą wysokonapięciowego iskiernika sterowanego 10 i powstaje udar napięciowy działający na cewkę badaną 15. Wartość wysokiego napięcia na wysokonapięciowym iskierniku sterowanym 10 jest proporcjonalna do wartości kąta przesunięcia obrotowego ramienia ślizgacza 2 autotransformatora 1. Współbieżność przesuwu liniowego kuli ruchomej 9 wysokonapięciowego iskiernika sterowanego 10 z przesunięciem kątowym obrotowego ramienia ślizgacza 2 autotransformatora 1 polega na jednoczesnej regulacji napięcia i odległości pomiędzy kulami za pomocą jednego pokrętła 27, tak aby dla danej wartości napięcia odległość pomiędzy kulą ruchomą 9 a iskiernikiem pomocniczym 11 mieściła się w obszarze stabilnej pracy wysokonapięciowego iskiernika sterowanego 10. Stabilne działanie wysokonapięciowego iskien ika sterowanego 10 zapewnia położenie kuli ruchomej 9 względem iskiernika pomocniczego 11 w określonej od siebie odległości, wynoszącej na przykład dla napięcia o wartości 10 kv, od 4,4 do 9,5 mm. Sonda wewnętrzna 14 składa się z dwóch uzwojeń: pierwotnego, włączonego w obwód cewki badanej 15 i wtórnego, sprzężonego magnetycznie z uzwojeniem pierwotnym, stanowiącego część obwodu rezonansowego układu wykrywania zwarć 16. Przepływający w uzwojeniu pierwotnym sondy wewnętrznej 14 prąd o charakterze drgań wysokiej częstotliwości, indukuje drgania napięciowe w uzwojeniu wtórnym. Uzwojenie wtórne i kondensator strojeniowy 17 stanowią obwód rezonansowy, który dostraja się do częstotliwości
164 526 5 prądu w uzwojeniu pierwotnym sondy wewnętrznej 14 za pomocą zmiany wartości pojemności kondensatora 17. Załączony mili amperomierz 18 wykaże maksymalną wartość, gdy obwód znajduje się w rezonansie. W przypadku zwarcia między zwojowego w cewce badanej 15 następuje zmiana częstotliwości drgań w obwodzie cewki badanej 15. Obwód rezonansowy ulegnie rozstrojeniu, wychylenie wskazówki mili amperomierza 18 zmniejszy się do około 20% wartości wskazywanej w rezonansie. FIG.2 FIS. 3
164 526 FIG.1 Departament Wydawnictw UP RP Nakład 90 egz Cena 10 000 zł